T.C.

SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

DARIDERESİ II GÖLETİ’NİN DİNAMİK ANALİZLERİNİN ANSYS

İLE İNCELENMESİ

Tuba AYDIN

Danışman

Yrd. Doç. Dr. E. Dilek TAYLAN

YÜKSEK LİSANS TEZİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ISPARTA - 2017

© 2017[Tuba AYDIN]

i

İÇİNDEKİLER

Sayfa

İÇİNDEKİLER ............................................................................................................. i

ŞEKİLLER DİZİNİ .................................................................................................... vii ÇİZELGELER DİZİNİ ............................................................................................. viii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ............................................................... ix 1.GİRİŞ ........................................................................................................................ 1 2. KAYNAK ÖZETLERİ ............................................................................................ 3

3. BARAJ GÖÇMELERİ ........................................................................................... 15 4. BARAJLARA AİT JEOLOJİK PROBLEMLER .................................................. 19

4.1.Temel Problemleri ............................................................................................ 20

5. BARAJ TASARIMI ............................................................................................... 23 5.1. Barajların Kısımları ......................................................................................... 23

5.1.1. Baraj gövdesi ............................................................................................ 23 5.1.2. Baraj gölü .................................................................................................. 23

5.1.3. Su alma yapısı ........................................................................................... 23 5.1.4. Dip savak .................................................................................................. 23 5.1.5. Dolu savak ................................................................................................ 24 5.1.6. Derivasyon tesisleri .................................................................................. 24

5.1.7. Diğer tesisler ............................................................................................. 24 5.2. Baraj Yerinin Seçimi ....................................................................................... 24

5.2.1.Baraj yerinin özellikleri ............................................................................. 24 5.2.2.Göl bölgesinin özellikleri .......................................................................... 24

5.2.3.Yağış havzasının hidrolik ve hidrolojik özellikleri ................................... 25 5.2.4. İskan, istimlak ve yenileme ile ilgili maliyetler ........................................ 25

5.2.5. Çevre etkisi ............................................................................................... 25 5.3. Baraj Yapma Amaçları .................................................................................... 25

5.3.1. Şehirlerin içme ve kullanma suyu ihtiyacı ................................................ 25

5.3.2. Sanayi su temini ........................................................................................ 25 5.3.3. Sulama suyu .............................................................................................. 26

5.3.4. Hidroelektrik enerji üretimi ...................................................................... 26

5.3.5. Su ürünlerinin üretimi ............................................................................... 26 5.3.6. Mesirelik kullanım .................................................................................... 27

5.4. Barajların Çevre Etkileri ................................................................................. 27 5.5. Barajların Sınıflandırılması ............................................................................. 27

5.5.1. Büyüklüklerine göre sınıflandırma ........................................................... 27 5.5.2. Yapılış amaçlarına göre sınıflandırma ...................................................... 28 5.5.3. Gövde dolgu malzemesi ve gövde biçimine göre sınıflandırma .............. 28

6. BARAJ TİPİNİN SEÇİMİ ..................................................................................... 29 6.1. Baraj Yerinin Topoğrafik Durumu .................................................................. 29

6.2. Temel Zemini ve Jeolojik Yapı ....................................................................... 29 6.3. Baraj İnşaatında Kullanılacak Uygun Malzemenin Yeri ve Cinsi .................. 30 6.4. Ulaşım Olanakları ............................................................................................ 30 6.5. Çevirme (derivasyon) Koşulları ...................................................................... 31 6.6. Dolu Savak Kapasitesi ve Yeri ........................................................................ 31

6.7. Deprem ............................................................................................................ 31 6.8. İklim Koşulları ve Yapım Süresi ..................................................................... 31

6.9. Heyelan ............................................................................................................ 32 6.10. Ülkenin Ekonomik Durumu .......................................................................... 32

ii

6.11. Makine Parkı Alanı Varlığı, Makinelerin Tip ve Kapasiteleri ...................... 32 7. BARAJLARA ETKİ EDEN Kuvvetler ................................................................. 33

7.1.Barajın Kendi Ağırlığı ...................................................................................... 33 7.2.Hidrostatik Su Basıncı ...................................................................................... 33

7.3.Taban ve Boşluk Suyu Basıncı ......................................................................... 34 7.4.Deprem Kuvvetleri ........................................................................................... 35 7.5.Buz Basıncı ....................................................................................................... 35

8.BARAJ TİPLERİNİN GENEL ÖZELLİKLERİ .................................................... 36 8.1.Ağırlık Barajı .................................................................................................... 36

8.1.1.Devrilme emniyeti ..................................................................................... 38 8.1.2.Kayma emniyeti ......................................................................................... 38 8.1.3.Barajın kesme mukavemeti ........................................................................ 38

8.1.4.Gerilme tahkikleri ...................................................................................... 39 8.2.Kemer Ağırlık Barajları .................................................................................... 40 8.3. Payandalı Barajlar ........................................................................................... 41 8.4. Kemer Barajlar ................................................................................................ 43

8.4.1. Sabit yarıçaplı kemer barajlar ................................................................... 44 8.4.2. Bütün kemer yaylarında merkez açısı sabit olan kemer barajlar .............. 44 8.4.3. Değişken yarıçaplı ve merkez açılı kemer barajlar ................................... 44

8.5. Dolgu Barajlar ................................................................................................. 46

8.5.1. Toprak dolgu barajlar................................................................................ 49 8.5.2. Kaya dolgu barajlar ................................................................................... 49

9. BARAJ YIKILMA ANALİZLERİ ........................................................................ 50 9.1. Gundlach ve Thomas Formülü ........................................................................ 50

9.1.1. Hagen formülü .......................................................................................... 50 9.1.2. Mcdonald ve langridge – monopolis formülü .......................................... 51

9.1.3. Costa formülü ........................................................................................... 51 9.1.4. SCS (TR-60) formülü ............................................................................... 51 9.1.5. Froelich formülü ....................................................................................... 52

9.1.6. Maksimum gedik çıkış debisi formülü ..................................................... 52 9.2. Gedik Genişliği Hesabı ................................................................................... 52

9.2.1. Johnson ve ılles formülü ........................................................................... 52

9.2.2. Singh ve snorrason formülü ...................................................................... 53 9.2.3. Fereral energy regulatory commission formülü ....................................... 53

9.2.4. US bureau of reclamation formülü ........................................................... 53 9.3. Yıkılma Süresi ................................................................................................. 53

9.3.1. Singh ve snorrason formülü ...................................................................... 53 9.3.2. Fereral energy regulatory commission formülü ....................................... 54 9.3.3. Froelich yöntemi ....................................................................................... 54 9.3.4. US brureau of reclamation formülü .......................................................... 54 9.3.5. Von thun ve gilette yöntemi ..................................................................... 54

9.4. Gediğin Şev Eğiminin Bulunması ................................................................... 55 9.4.1. Fereral energy regulatory commission formülü ....................................... 55 9.4.2. Froelich yöntemi ....................................................................................... 55 9.4.3. Singh ve scarlatos yöntemi ....................................................................... 55 9.4.4. Von thun ve gilette yöntemi ..................................................................... 55

10. MATERYAL VE METOD .................................................................................. 58 10.1. Sonlu Elemanlar Yöntemi ............................................................................. 58

10.2. Yapay Sinir Ağları Yöntemi .......................................................................... 62 10.2.1. Tek tabakalı YSA ve işletme ilkeleri ...................................................... 63

iii

10.2.2. Çok tabakalı YSA ve işletme ilkeleri ..................................................... 63 10.2.3. İşlemci fonksiyonlar ............................................................................... 65 10.2.4. Yapay sinir ağları ile eğitme ve modelleme ........................................... 67

11. BULGULAR VE ANALİZLER .......................................................................... 69

11.1. Darıderesi-II Göletinin Özellikleri ................................................................ 69 11.1.1. Projenin yeri ............................................................................................ 69 11.1.2. Darıderesi-II göletinin karakteristik özellikleri ...................................... 69

11.2 Dinamik Analize Giriş .................................................................................... 72 12. SONUÇ VE ÖNERİLER ..................................................................................... 83

KAYNAKLAR .......................................................................................................... 85 ÖZGEÇMİŞ ............................................................................................................... 88

iv

ÖZET Yüksek Lisans Tezi

DARIDERESİ-II GÖLETİ’NİN DİNAMİK ANALİZLERİNİN ANSYS İLE

İNCELENMESİ

Tuba AYDIN

Süleyman Demirel Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü

İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Yrd. Doç. Dr. E. Dilek TAYLAN

Barajlar, çok eski zamanlardan beri insanlığın su ihtiyacını karşılamak, elektrik

üretmek, tarımsal faaliyetlerde sulama yapmak gibi amaçlarla inşa edilirler.

Bulundukları ülke ve bölge için, enerji üretimine katkı sağladıkları için büyük önem

taşırlar. Barajların yapımı oldukça zor ve maliyetlidir.

Yapıldıkları bölgede, çoğunlukla taşkın önlemek amacıyla inşa edildiklerinden her

türlü etkiye dayanıklı olması hayati önem taşımaktadır. Bu etkilerden en önemlisi ve

en tehlikelisi deprem kuvvetleridir. Bu yüzdendir ki barajların depreme dayanıklı

olarak tasarlanıp, buna göre inşa edilmesi çok önemlidir.

Bu tez çalışmasında, Isparta‟da yer alan, Darıderesi-II Göleti‟nin çeşitli deprem

yükleri altındaki dinamik davranışı, ANSYS programı kullanılarak incelenmiştir.

Gölet‟in davranış şeklinin gerçeğe uygunluk göstermesi için, sonlu elemanlar

yöntemi kullanılmıştır. Modelleme yapılırken, göletin malzeme özellikleri ve sınır

şartları göz önünde bulundurulmuştur. Deprem etkisiyle oluşan, deformasyon ve

gerilmeler dikkate alınmıştır. Bu sonuçlar incelenerek, Darıderesi-II Göleti‟nin

deprem karşısında, nasıl bir davranış sergileyeceği yorumlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: ANSYS, Darıderesi-II Göleti, Deformasyon, Dinamik Analiz,

Gerilme.

2017, 88 sayfa

v

ABSTRACT

M.Sc. Thesis

THE INVESTIGATION OF DARIDERESİ-II RESERVOIR DYNAMIC

ANALYSIS BY ANSYS

Tuba AYDIN

Süleyman Demirel University

Graduate School of Natural and Applied Sciences

Department of Civil Engineering

Supervisor: Asst. Prof. Dr. E. Dilek TAYLAN

The dams are built to supply people‟s water need, to produce electricity and to make

irrigation water in agricultural activities since ancient times. The dams are very

important because they contribute to energy production. The construction of dams is

very difficult and costly.

It is vital that they are resistant to all kinds of effects, since they are built to prevent

flooding in the region where they are built. The most important and the most

dangerous of these effects are earthquake forces. It is very important that the dams

are designed to be durable and constructed accordingly.

In this thesis, the Darıderesi-II Reservoir located in Isparta was examined. Behavior

of this reservoir under various earthquake loads has been observed. In order for the

behavior of the pond to conform to the truth, the finite element method is used. In

making this model, the material specifications and boundary conditions are taken

into account. The Reservoir was modeled using ANSYS program and its behavior

under earthquake accelerations was investigated. Deformation and stress forces

under earthquake accelerations are taken into account. By examining these results, it

is interpreted how the Darıderesi-II Reservoir will behave in the face of the

earthquake.

Keywords: ANSYS, Darıderesi-II Reservoir, Displacement, Dynamic Analysis,

Stress,

2017, 88 pages

vi

TEŞEKKÜR

Bu çalışma Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat

Mühendisliği Ana Bilim Dalı‟nda Yüksek Lisans Tezi olarak hazırlanmıştır. Tez

çalışmasını sürdürdüğüm dönemde, bana daima destek olan, çalışma disiplini

aşılayan, tavsiye, eleştiri ve düzenlemeleriyle çalışmanın içerik ve sunumundaki

zenginliğine büyük katkıda bulunan, sevgili danışman hocam, Sayın Yrd. Doç. Dr.

E. Dilek TAYLAN‟a teşekkürlerimi sunarım.

Çalışmamın her aşamasında, benden tecrübesini ve zamanını esirgemeyen saygı değer

hocam Yrd. Doç. Dr. İ. Devran ÇELİK‟e teşekkürü bir borç bilirim.

Tez çalışmam sürecinde, benden desteğini çekmeyip, bana inancını yitirmeyen Arş. Gör

Melis TAŞKIN‟a çok teşekkür ederim.

Hayatımın her alanında yanımda olup, beni destekleyen ailem, Neriman AYDIN ve

Mehmet AYDIN‟a sonsuz teşekkür ederim.

Ayrıca, 4620-YL1-16 numaralı proje ile tezimi maddi olarak destekleyen Süleyman

Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığı‟na

teşekkür ederim.

Tuba AYDIN

ISPARTA, 2017

vii

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa

Şekil 7.1. Baraja etki eden kuvvetler. ........................................................................ 34

Şekil 10.1. Sonlu elemanlar yöntemi ile bölünmüş yapı elemanı gösterimi .............. 59 Şekil 10.2. Koordinat sistemi üzerinde verilmiş eleman parçası ............................... 60 Şekil 10.3. Koordinat dönüşüm sistemi ..................................................................... 61 Şekil 10.4. Ysa genel yapısı ....................................................................................... 63

Şekil 10.5. Çok tabakalı YSA modeli ........................................................................ 64 Şekil 10.6. Hata eğitim devresi sayısı ........................................................................ 68

Şekil 11.1. Baraj kesitinin malzeme özellikleri ......................................................... 72

Şekil 11.2. Ansys workbench ekranı .......................................................................... 73 Şekil 11.3. Rezervuarın boş olması halinde, Kocaeli depremine ait yer değiştirme

dağılımı.................................................................................................... 74 Şekil 11.4. Rezervuarın boş olduğunda, Kocaeli depremine ait gerilme dağılımı ..... 75

Şekil 11.5. Rezervuarın dolu olması halinde Afyon-Dinar depremine ait yer

değiştirme dağılımı .................................................................................. 76 Şekil 11.6. Rezervuarın dolu olması halinde, Afyon-Dinar depremine ait gerilme

dağılımı.................................................................................................... 77

Şekil 11.7. Rezervuarın dolu olması halinde, Düzce depremine ait yer değiştirme

dağılımı.................................................................................................... 78

Şekil 11.8. Rezervuar dolu olduğunda, Düzce depremine ait gerilme dağılımı ........ 79 Şekil 11.9. Maksimum yer değiştirme değerlerine ait grafik ..................................... 80

Şekil 11.10. Maksimum gerilme değerlerine ait grafik .............................................. 80

viii

ÇİZELGELER DİZİNİ

Sayfa

Çizelge 3.1. Baraj yıkılmaları .................................................................................... 16

Çizelge 4.1. Baraj kazalarındaki yetersizlikler .......................................................... 19

Çizelge 11.1. Darıderesi-II göletine ait hidrolojik bilgiler ......................................... 69

Çizelge 11.2. Darıderesi-II göletine ait rezervuar bilgileri ........................................ 70 Çizelge 11.3. Darıderesi-II göletinin dolusavak özellikleri ....................................... 70 Çizelge 11.4. Darıderesi-II göleti, gölet gövdesi ve batardo özellikleri .................... 70 Çizelge 11.5. Baraja ait malzeme özellikleri ............................................................. 71 Çizelge 11.6. Kocaeli depremine ait analiz sonuçları ................................................ 74

Çizelge 11.7. Afyon-Dinar depremine ait analiz sonuçları ........................................ 76

Çizelge 11. 8. Düzce depremine ait analiz sonuçları ................................................. 78

ix

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ

a Deprem ivmesi

A Temel yüzey alanı

xA Dolgu barajında gedik yerinde en kesit alanı

B Barajın taban genişliği

B Gedik kesitinin genişliği

B Akarsu yatağı genişliği

c Kohezyon

d Baraj kalınlığı

d Kayaya kadar olan zemin tabakasının kalınlığı

DSİ Devlet Su İşleri

dE Deprem kuvveti

sE Deprem kuvveti

e Bileşke kuvvetin simetri ekseninden uzaklığı

E Betonun elastisite modülü

f Temel ile beton yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısı

F Gedik faktörü

G Barajın kendi ağırlığı

g Yerçekim ivmesi

ijg Girdilerin, i. veri dizisinin j. bileşeni

h Su yüksekliği

1h Memba topuklarındaki su derinliği

2h Mansap topuklarındaki su derinliği

H Barajın yüksekliği

H Toplam yatay kuvvetler bileşkesi H Gedik derinliği

wH Baraj yıkılma anında baraj haznesindeki su derinliği

wH Baraj haznesindeki su derinliği

ICOLD International comission on large dam

L Kiriş uzunluğu

L Gizli tabakadaki toplam hücre sayısı

m Taban su basıncı küçültme faktörü

koruyucuM Devirmeye karşı koyan momentler

deviriciM Devirmeye çalışan momentler

n Kayma sayısı

P Hidrostatik su basıncı

dP Dalga kuvveti

bP Buz basıncı

sP Silt basıncı

ar Dış halka yarıçapı

r Kemer yarıçapı

mr Halka eksenindeki yarıçap

2R Determinasyon katsayısı S Baraj yıkılma anındaki haznedeki su hacmi

x

T Dolgu barajın yıkılma süresi

U Taban basıncı

U Alttan kaldırma kuvveti

V Gövde hacmi

V Toplam düşey kuvvetler bileşkesi YSA Yapay sinir ağları

Z Barajların yıkılmalarında ortaya çıkacak şev eğimi

X Tahmin edilen X değişkeni için

ortX Ortalama hesaplanmış gerilme, deformasyon değeri

)(gerçekiX Sırasıyla hesaplanmış gerilme, deformasyon değeri

)(modeliX Tahmin edilmiş gerilme, deformasyon değeri

Q Yarığın en büyük debisi

0Q Yıkılmadan az önce dip savaktan çıkan debi

Q Gediğin en büyük debisi

b Malzemenin özgül ağırlığı

Suyun özgül ağırlığı

Deprem katsayısı Üçgenin tepe açısı

b Betonun özgül ağırlığı

Devrilme emniyet katsayısı

Betonun kesme gerilmesi

max Mansap uçlarındaki en büyük asal basınç gerilmesi

HS , Normal gerilme

h Halka basınç gerilmeleri

Merkez açısı

Kemer halkalarının anahtar noktasındaki yer değiştirme

max Maksimum kesme gerilmesi

t Dolgu malzemesinin birim ağırlığı

Maksimum temel basıncı

İçsel sürtünme açısı

h Temel zemini tarafından alınabilecek maksimum yatay kesme gerilmesi

m En büyük kayma mukavemeti

Zemin basınç gerilmesi

Yer değiştirme

i İçsel katkı sabit değer

Varyans

1

1.GİRİŞ

Dağlardan gelen nehir suları aşağı doğru akıp gider, bir deniz veya göle ulaşırlar. Ya

da yer altına sızıp kaynakları ve kuyuları beslerler. Bu hareketleri sırasında nehirler

şehirlere, köylere, fabrikalara ve çiftliklere su sağlarlar. Ancak akarsuların taşıdığı su

her yıl ya da yılın her mevsimi aynı miktarda değildir. Bazı kurak geçen yıllarda bazı

akarsular tamamen kuruyabilir ya da bazı ıslak yıllarda akarsular yatağına

sığmayarak taşabilir. Aynı şekilde yılın farklı mevsimlerinde farklı miktarda su

gelebilir. Yazın suya en fazla ihtiyaç duyulan zamanda nehirlerde su miktarı çok

azalabilir. Kışın ise suya fazla ihtiyaç duyulmayan mevsimde nehirler çok miktarda

su taşıyabilir. Kurak zamanları atlatmak ve fazla suyu koruyabilmek adına BARAJ

adını verdiğimiz yapılar inşa ederiz. Barajlar, arkalarında oluşan gölde tuttukları

suyu biriktirirler. İhtiyaç duyulmayan zamanda gelen fazla suyu tutar ve ihtiyaç

duyulan zamanda insanoğlunun hizmetine sunarlar. Barajlar aynı zamanda elektrik

üretir ve taşkınlara karşı koruma sağlarlar. Barajların göllerinde biriken ve

yükselerek potansiyel enerji kazanan suların bu enerjisi önce kinetik enerjiye sonra

da elektrik enerjisine dönüştürülür. .(Yenigün vd.)

İnsanlar nehirler üzerine pek çok farklı sebepten baraj inşa ederler; arazilerini

taşkından korumak için, sulama yapmak için, enerji üretmek için, nehir yataklarını

değiştirmek için, yapay göller oluşturmak için ve su seviyesini yükseltip teknelerle

ulaşım sağlamak için. Ne için inşa edildikleri önemli olmaksızın bütün barajlar,

büyük miktardaki suyu tutacak kadar sağlam olmalıdır. Bu yüzden, barajların

dışarıdan gelen bütün etkilere karşı dayanımının çok yüksek olması gerekir. Bu

etkilerden en önemlisi ve insanlık için en çok tehdit oluşturanı, deprem etkisidir.

Deprem sırasında, barajlarda meydana gelecek hasarlar öngörülen seviyelerde

olmalıdır. Bu çalışmada, Darıdersi II Göleti için, deprem etkisinin nasıl sonuçlar

doğuracağı incelenmiştir. Bu sonuçların elde edilmesinde, sonlu elemanlar yöntemi

kullanılarak, ANSYS programından faydalanılmıştır. Sonuçlar, üç farklı deprem

etkisi altında gözlenmiştir; Gölcük Depremi, Düzce Depremi ve Afyon Dinar

Depremi. Deprem etkilerinin yanında, rezervuarın tam dolu ve boş olması durumları

için yer değiştirme ve gerilme değerleri elde edilmiştir. Deformasyon ve gerilme

değerleri ise sonuç kısmında değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, gerilme-

2

deformasyon değerleri arasındaki ilişki, farklı yüklemeler için, yapay sinir ağları ile

modellenmiştir.

3

2. KAYNAK ÖZETLERİ

Ahmadi vd.(2001), beton kemer barajların, genellikle masif düz betondan neredeyse

hiç çekme direnci olmaksızın inşa edildiklerini söylemişlerdir. Beton çekmesinden

dolayı oluşan gerilme kuvvetlerini, sıcaklık değişimlerini ve inşaat aşamasını

basitleştirmeyi kontrol etmek için, kemer barajlar dikey daralma derzlerinden

ayrılmış olarak tek parça şeklinde inşa edilirler. Bundan önce yapılan çalışmalardan

alınan sonuçlara göre, bazı birleşim noktalarının modellenmesinin, kemer barajlar

için sismik güvenlik değerlendirmesi üzerine önemli bir etkisi vardır. Bu durum,

birleşim yerlerindeki, kesme ve çekmeden kaynaklı oluşan sorunlardan ötürü, büyük

bir depremden sonra ve iç kuvvetlerin oluştuğu sırada, bu kuvvetlerin yeniden

dağıtılmasına sebep olur. Bu çalışmada, baraj-rezervuar sisteminin gerçekçi sonlu

elemanlar analizi için birleşik kesme-çekme davranışı ile doğrusal olmayan ortak

eleman modeli sunulmuştur. Suyun sıkıştırılabilirliğinin yanı sıra, ses dalgalarının alt

kısımda sönümlenmesi ve rezervuarın yukarı kısmında meydana gelen radyasyon da

dikkate alınmıştır. Model, son derece aktif deprem bölgelerinde, kemer barajların

deprem güvenliğinin değerlendirilmesi için etkin ve uygun bir şekilde kullanılabilir.

Renkun vd.(2002), kemer barajı gerilme analizinde, geleneksel yöntemlerin başarılı

olmakla birlikte, bazı dezavantajlarının da olduğunu öne sürmüşlerdir. Örnek vermek

gerekirse, karşımıza çıkan karmaşık temeller ve topografik özellikler ile başa çıkmak

zordur. Bu yönden, sonlu elemanlar yöntemi ile çalışmak daha etkilidir. Xiluodu

Kemer barajı, sonlu elemanlar analizinde, yazarlar ANSYS 5.5.2 programını

kullanmış ve baraja ait gerilme ve deformasyon analizini tamamlamışlardır.

Hesaplama sonuçlarının değerlendirilmesinde, yazarlar, kemer baraj analizinde

uzmanlaşmış ADAP paket programı ve mesh yoğunluğu duyarlılık analizi ile

karşılaştırmalı analiz gerçekleştirdiler.

Kayıkçı (2003), Karacaören I toprak dolgu barajının sonlu elemanlar metodunun

kullanılmasıyla stabilite (denge) analizini gerçekleştirmiştir. Analizler iki farklı

bilgisayar programının kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Bu bilgisayar programları

sap 90 (1992) ve sap 2000 (2001)‟dir. Elde edilen neticeler karşılaştırılmış ve 1976

yılında meydana gelen Çaldıran depreminin spektrum değerleri modelde

kullanılmıştır. İki boyutlu analizlerde dört düğüm noktalı izoparametrik elemanlar,

4

üç boyutlu analizlerde sekiz düğüm noktalı izoparametrik elemanlar oluşturulmuştur.

Bu araştırma, barajın Çaldıran depremi spektrum değerlerine eşdeğer bir depreme

maruz kaldığında yapının davranışını anlamak için gerçekleştirilmiştir.

Dumanoğlu vd. (2003),toprak dolgu barajların, iki boyutlu, malzeme bakımından

lineer olmayan dinamik analizlerini, rezervuar ve zemin etkisi dikkate alınarak

incelemişlerdir. Malzemelerin izotropik olduğu ve elasto-plastik davranış gösterdiği

varsayılmaktadır. Elasto-plastik malzeme modelinin tanımlanabilmesi için Drucker-

Prager Yöntemi ve Eğri Tanımlama Yöntemi düşünülmüştür. Seçilen toprak dolgu

baraj için, lineer olmayan dinamik analizlerinde kullanılan iki ayrı yöntem arasındaki

farklar ortaya konulmuştur. Çözümler Wilson-Q metodu ile gerçekleştirilmiştir.

Analizlerde baraj-rezervuar-zemin etkileşimi düşünülmüştür. Suyun hidrodinamik

etkisi Westergaard tarafından gerçekleştirilen kütle ekleme yöntemi ile göz önüne

alınmıştır.

Batmaz vd. (2003), günümüzde barajların emniyetli ve ekonomik bir şekilde inşa

edilmesi ve kullanım süresi boyunca da güvenli bir şekilde işletilebilmesi açısından

ölçüm tesislerinden elde edilen verilerin önemli bir rolü bulunduğunu belirtmişlerdir.

Özellikle dolgu barajlarda, gövde içerisine ve temele yerleştirilen ölçüm aletleri

yardımıyla toplanan veriler, hem mevcut barajların tasarım kriterlerinin ve

performansının değerlendirilmesi yoluyla benzer projelerin tasarım ve inşasına

önemli kolaylıklar sağlamakta, hem de yeni baraj teknolojilerinin geliştirilip,

uygulanmasını mümkün kılmaktadır. Çalışmada, projesi hazırlanmış olan, kil

çekirdekli kaya dolgu tipindeki Şehitler Barajı için ölçüm yapılmış; toplam basınç ve

oturmalarla ilgili cihazlar için bir ön çalışma sunulmuştur. Gerilme dağılımı ve

oturmaların SIGMA/W adlı bilgisayar programı yardımıyla tespit edildiği analiz

sonuçları kullanılarak, inşaat sonunda ve işletme sırasında bu cihazların

yerleştirildikleri lokasyonlardaki gerilme ve oturma değerleri yaklaşık olarak

belirlenmiştir. Bu tip çalışmalar yardımıyla, inşaat ve işletme sırasında ölçüm aletleri

verileri daha kolay değerlendirilebilecek, tasarımda kabul edilen parametreler kontrol

edilebilecektir. Tasarım aşamasında öngörülen ve gerçek performansın

karşılaştırılması yoluyla, ülkemizde baraj tasarımına önemli kolaylıklar

sağlanacağına ve baraj inşaat teknolojilerinin daha kolay geliştirileceğine

inanılmaktadır.

5

Güngör vd. (2003), kemer barajlar, narin bir yapıya sahip olmalarına karşın,

depremlerde iyi performans sergilediklerini belirtmişlerdir. Ülkemizin çoğunluğunun

etkin deprem bölgesinde yer alması nedeniyle, inşaa edilecek kemer barajların

depremlere karşı güvenli bir şekilde projelendirilmesi gerekmektedir. Bu işlemin

gerçekleştirilebilmesi özellikle deprem gibi dinamik yükler altında baraj davranışının

çok iyi tespit edilmesi ile mümkündür. çalışmada kemer barajların dinamik ve statik

yükler altında yüksekliğe bağlı olarak deplasman değerlerinin yapay sinir ağları ile

tahmin edilmesi amaçlanmıştır. Bunun için literatürde en çok bahsedilen ileri

beslemeli sinir ağ yapısı kullanılmıştır. Yapay sinir ağları, insan sinir sisteminden

ilham alınarak geliştirilen bir bilgi işlem paradigmasıdır. Yani belirli bir problemi

çözmek için programlama yerine mevcut örnekleri kullanır. Çalışmada yapay sinir

ağlarının eğitimi ve test işlemleri için gerekli olan veriler Türkiye Deprem Vakfı

tarafından yayınlanan “Kemer Barajların Lineer ve Lineer Olmayan Statik ve

Dinamik Analizi” başlıklı çalışmadan alınmıştır

Taşçı vd. (2004), kaya dolgu barajlarda su yüküne ve barajın kendi ağırlığına bağlı

olarak baraj kretinde oluşacak deformasyonları jeodezik ve sonlu elemanlar metodu

ile belirleyip, iki metodu birbiri ile karşılaştırmışlardır. Çalışma alanı olarak

Altınkaya barajı seçilmiş ve baraj alanında 10 adet referans ve 10 adet obje

noktasından oluşan bir jeodezik deformasyon ağı kurularak jeodezik deformasyon

ölçüleri gerçekleştirilmiştir. Yöntem olarak sonlu elemanlar metodu kullanılmış ve

baraj iki boyutlu modellenip baraj kreti deformasyonları belirlenmiştir. İki metottan

elde edilen yatay ve düşey deformasyonlar birbirleri ile karşılaştırılarak sonuçlar

verilmiştir. Her iki metottan elde edilen sonuçlar büyük bir yaklaşıklıkla uyuşum

göstermiştir.

Tayfur vd.(2005), sonlu elemanlar yöntemini ve yapay sinir ağları modellerini,

Polonya‟da bulunan Jeziorsko toprak dolgu barajındaki akış simülasyonunu

göstermek için kullanmıştır. Gelişmiş sonlu elemanlar yöntemi, toprak dolgu barajın,

homojen olmayan ve anizotropik, doymuş ve doymamış gözenekli gövdesi boyunca

iki boyutlu kararsız ve düzensiz akış simülasyonu yapabilmesine olanak sağlar.

Jeziorsko toprak dolgu barajı için, sonlu elemanlar modeli, 5.497 üçgen elemana ve

3.010 düğüme sahip ve sonlu elemanlar ağı baraj gövdesinde yoğun bir hal almıştır.

Jeziorsko barajı için geliştirilen yapay sinir ağları modelinde, sigmoid fonksiyonu

6

oluşturmak için üç katmanlı bir ağ algoritması kullanıldı. Yapay sinir ağları

modelinde, barajın memba ve mansap kısımlarındaki su seviyeleri girdi

değişkenleriyken, piyezometrelerdeki su seviyeleri çıktılardır. Jeziorsko Barajı‟nın,

bir bölümü için yapılan piyezometre çıktı verileri kullanılarak, iki modelin sonuçları

karşılaştırılıp doğrulandı. Modeller tarafından hesaplanan su seviyeleri,

piyezometrelerle ölçülen su seviyeleri ile karşılaştırıldı. Model sonuçlarında görüldü

ki, yapay sinir ağları modeli, sonlu elemanlar yöntemi ile oluşturulan modeller kadar

iyi bulunmuştur. Bu çalışmada, toprak dolgu barajlardaki sızıntı hakkında, yapay

sinir ağları modelinin, sonlu elemanlar yöntemi ile uyumlu sonuçlar verdiği

gözlenmiştir.

Tosun vd.(2006), ülkemizde önyüzü beton kaplı kaya dolgu baraj inşaatında son

yıllarda hızlı bir artış olduğunu belirtmişlerdir. 1997 yılından itibaren talvegden

yükseklikleri 83 m ile 137 m arasında değişen beş ayrı baraj tasarlanmıştır.

Bunlardan birincisi Kürtün barajıdır. En büyük su seviyesinde 180.2 hm3 su

depolayan, temelden yüksekliği 133 m ve kret uzunluğu 300 olan bu barajın inşaatı

2003 yılında bütünüyle bitirilmiş olup, diğerlerinin inşaatına devam edilmektedir.

Halen planlama ve tasarım aşamasında bu tipte en az dört barajın olduğu

belirtilmelidir. Önyüzü beton kaplı kaya dolgu barajların tasarım ve inşaatının çok

basit olduğu düşünülür. Hâlbuki plint yapının inşaatı, temel hazırlanması, kaya dolgu

seçimi ve yerleştirmesi, memba yüzü elemanlarının kontrolü, su tutucuların yerine

konması ve kayar kalıp sistemi ile memba yüzey beton plakasının inşası özel dikkat

gerektirmektedir. Bu tip barajların tasarımı ve inşasında önemli aşamalardan biri ise,

kaya dolgu malzemesinin seçimidir. Gelişmiş ülke uygulamalarında, iyi

derecelenmiş kaya dolgu veya temiz çakıl malzeme (serbest drenajlı), başarılı bir

dolgu elemanı olarak görülmektedir. Bazı tasarım mühendisleri; ayrışmış kaya dolgu

ile kirli çakıl malzemenin de, eğer zonlama yapılmış ve dolgu malzeme iyi

sıkıştırılmış ise, kullanılabileceğini ifade etmişlerdir. Bu bildiride, önyüzü beton

kaplı kaya dolgu barajların tasarım esaslarına değinilmekte, Sonlu Eleman Yöntemi

esasında çalışan bir program (PLAXIS) kullanılarak, Kürtün barajı için

gerçekleştirilen bir çalışmaya ait deformasyon ve gerilme analizlerinin sonuçları ile

bu sonuçların ölçülen değerler ile mukayeseli analizi sunulmaktadır.

7

Pasbani-Khiavi vd. (2008), baraj ve rezervuar arasındaki etkileşimi sonlu elemanlar

yöntemi kullanarak, analiz etmişlerdir. Rezervuar kısmında bulunan akışkanın,

sıkıştırılamaz ve viskoz olmadığı varsayılmıştır. Derivasyonun sınır koşullarının

oluşturulmasında, baraj ve rezervuar ara yüzünün dikey olduğu ve rezervuar

tabanının rijit ve yatay olduğu kabul edilmiştir. İlgili sınır koşulları ve denklemler,

sonlu elemanlar yöntemine göre, yatay ve düşey deprem bileşenleri göz önüne

alınarak, uygulanmıştır. Sonlu elemanlar modelinin oluşturulması için, 8-düğüm

noktasına sahip, ağırlıklı standart galerkin yöntemi kullanılmıştır. Sommerfeld sınır

koşulları ve sınırsız sıvı alanının yüzeyinin kesilmesi için geliştirilmiş, sönümleme

sınır koşulları dikkate alınarak, iki sınır koşulunun sonuçları, analitik sonuçlar ile

karşılaştırılmıştır.

Keskin vd. (2009) , ülkemizdeki mevcut barajların deprem davranışının irdelenmesi

amacıyla ön yüzü beton kaplı kaya dolgu baraj olan Dim Barajı ele almışlardır. Bu

barajın zaman tanım alanında dinamik analiz yöntemi kullanılarak dinamik yükler

altında (deprem yükü) davranışı incelenmiştir. Aynı zamanda barajda meydana gelen

gerilmeler ve yer değiştirmeler elde edilerek sonuçlar değerlendirilmiştir. Çalışmada

Barajın deprem kuvvetleri etkisindeki davranışını daha gerçekçi şekilde

belirleyebilmek için barajın matematiksel olarak gerçeğe yakın biçimde

modellenmesi sonlu elemanlar yöntemiyle sağlanmaya çalışılmıştır. Baraj için

malzeme özelliklerinin dağılımı, geometri ve sınır şartlarının en genel halinin hesaba

katıldığı bir sonlu eleman ağı seçilmiştir. Dim barajı SAP 2000 sonlu elemanlar

programı kullanılarak üç boyutlu olarak modellenmiştir. Barajın rezervuarının boş,

yarı dolu ve tam dolu olması durumlarına göre Düzce deprem etkisi altındaki

davranışı incelenmiştir. Analizlerin sonucunda barajların deprem davranışının önemi

görülmüş ve baraj güvenliği için yapılması gerekliliği saptanmıştır.

Bayraktar vd. (2010) , baraj-temel-rezervuar etkileşimi dikkate alınarak ön yüzü

beton kaplı kaya dolgu barajların statik ve deprem etkileri altında güvenilirlik

analizlerini gerçekleştirmişlerdir. Rezervuar suyunun baraj üzerindeki etkileri

Lagrange yaklaşımına dayalı sıvı sonlu elemanlar yöntemi ile dikkate alınmıştır.

Barajdaki çeşitli birleşim bölgeleri birleşik ve sürtünmeli olarak modellenmiştir.

Sürtünmeli birleşimlerde Coulomb sürtünme yasasını dikkate alan bir boyutlu yüzey-

yüzey temas elemanlar kullanılmıştır. Deprem etkisi için zemin tabanına indirgenmiş

8

ivme kaydı dikkate alınmıştır. Malzeme bakımından lineer olmayan davranış için,

betonda Drucker-Prager, kaya dolguda çok yönlü kinematik pekleşme modeli

kullanılmıştır. Geometri bakımından lineer olmayan davranış da dikkate alınmıştır.

Ön yüzü beton kaplı kaya dolgu barajın güvenilirlik analizlerinde FERUM

güvenilirlik analiz programı, ANSYS sonlu elemanlar programı ile birleştirilmiştir.

İki program arasında kurulan bağlantı ile kapalı limit durum fonksiyonlarının

çözümü için gerekli değerler elde edilmiştir. Çalışmada, beton plak üzerinde seçilen

kritik noktaların göçme olasılıkları hesaplanmıştır.

Bayraktar vd.(2011), kemer baraj-rezervuar-temel sistemlerinin doğrusal olmayan

deprem tepkisini, sonlu eleman modeli güncellenmesi ile etkilerini incelemiştir.

Türkiye‟nin en yüksek kemer barajı olan Berke Barajı, sayısal ve deneysel

uygulamalar için seçilmiştir. Öncelikle, Berke Barajı 3D sonlu elemanlar modeli

ANSYS yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Analitik modelleme olarak, kemer

baraj-rezervuar-temel etkileşimi, Lagrange yaklaşımı ile temsil edilmektedir.

Sonrasında ise, ortam titreşim testleri dört gün boyunca baraja uygulanmıştır ve

deneysel dinamik karakteristikleri bir Gelişmiş Frekans Ayrışma tekniği kullanılarak

tahmin edilmiştir. Deneysel parametreler, birleştirilmiş sistemin lineer sonlu

elemanlar analizi ile elde edilmiş analitik sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu

karşılaştırma sonucunda, doğal frekanslar %15-20 oranında uyuşmazlık gösterse de,

yöntem şekilleri arasında iyi bir uyum gözlenmiştir. Berke Barajı doğrusal sonlu

eleman modeli, baraj ve temelin malzeme özelliklerini ayarlayarak güncellenmiştir.

Drucker-Prager hasar kriteri tanımlanarak, güncellenen doğrusal sonlu eleman

modeli doğrusal olmayan modele dönüştürülmüştür. Berke Barajı‟nın doğrusal

olmayan sismik davranışı, Türkiye'de, Adana-Ceyhan kemer baraj bölgesi yakınında

1998 yılında meydana gelen, deprem ivme kaydı dikkate alınarak belirlenmiştir. Bu

sonlu elemanlar modeli güncellenmesi, kemer barajların doğrusal olmayan deprem

davranışları adına önemli bir etkisi olmuştur.

Demirpençe vd. (2011), bir kemer barajın projelendirilmesinde en önemli unsur diğer

baraj türlerinde olduğu gibi statik ve dinamik yüklere karşı güvenlik olduğunu

belirtmişlerdir. Barajların deprem gibi bir dinamik yükler altında yıkılması, ülke

ekonomisine büyük zarar vereceği gibi, can ve mal kaybına da neden olacaktır.

Dolayısıyla; olması muhtemel şiddetli depremlerde barajların davranışları ve yapısal

9

bütünlüklerini koruyup koruyamayacaklarının araştırılması gerekmektedir. Son

zamanlara kadar barajların deprem güvenlikleri genellikle statik analizler ile

belirlenirken, günümüzde bilgisayar teknolojisinin gelişmesi ile, ileri dinamik

yöntemler kullanılarak belirlenmeye başlanmıştır. Günümüzde barajların deprem

güvenliklerinin belirlenmesinde teorik ve deneysel yöntemler birlikte

kullanılmaktadır. Bu nedenle; Sır barajının farklı kuvvetli yer hareketi kayıtlarına ve

rezervuar su seviyelerine göre SAP 2000 programı ile lineer dinamik analizleri

yapılarak, söz konusu barajın deprem davranışı ortaya konulmak istenilmiştir. Ayrıca

depremler hakkında bilgi verilmiş olup, baraj yerinin sismik değerlendirmesi kısaca

anlatılmıştır. Sır barajının farklı rezervuar seviyelerine göre (boş, dolu, yarı dolu) üç

boyutlu lineer dinamik analizi yapılmıştır. Modellemede temel; barajın sağlam

kayaya inşa edilmesi ya da zayıf kayaya inşa edilmesi hallerine göre ankastre veya

sabit mesnet alınmıştır. Suyun hidrodinamik etkisi Westergaard tarafından

geliştirilen eklenmiş kütle yaklaşımı ile dikkate alınmıştır. Eklenmiş kütle

yöntemiyle hesaplanan hidrodinamik etki ve farklı kuvvetli yer hareketleri barajın

memba-mansap doğrultusunda (baraja dik olarak) etki ettirilmiştir. Sonuç olarak; bu

çalışmada bilgisayar hesaplamaları, sonlu elemanlar sayısal çözümleme metodunu

kullanan SAP 2000 programı ile rezervuarın boş, yarı dolu ve dolu olması

durumlarına göre yapılmıştır. Yapılan analizlerin çözümleri şekiller, grafikler, ve

çizelgeler halinde ortaya konulmuş ve analiz sonuçlarına göre değerlendirmeler

yapılmıştır

Okkan vd. (2011), su kaynakları mühendisliği için rezervuar girişi modellemesi ve

işletme çalışmaları yapmanın çok önemli olduğunu belirtmişlerdir. Bu çalışmada,

Büyük Menderes Havzasında yer alan Kemer Barajının aylık oluşan akımları için, iki

farklı yapay sinir ağı (YSA) algoritmasının uygulanmasına ilişkin kapsamlı bir

karşılaştırma sunulmuştur. İki tür sinir ağı, ileri beslemeli sinir ağları (FFNN) ve

genelleştirilmiş regresyon sinir ağları (GRNN) incelenmiştir. En iyi model yapısı,

aylık yağış, sıcaklık ve iki ay öncesine ait alansal yağış değerlerinin girdi olarak

verilmesi durumunda elde edilmiştir. Eğitim ve test periyodlarının uzun dönem

performansları karşılaştırıldığında, GRNN yaklaşımının eğitim setinde daha iyi bir

performans sergilediği gösterilmiştir; FFNN yaklaşımı ise test setinde daha başarılı

bulunmuştur. Mevsimsel karşılaştırma yapıldığında ise sonuçlarda, FFNN'nin yaz ve

10

sonbaharda en iyi performansı, GRNN'nin ise kışın ve ilkbaharda en iyi performansı

gösterdiği sonucuna varılmıştır.

Sevim vd.(2011), İşlemsel Modal Test kullanarak, bir kemer baraj olan Berke

Barajı‟nın sonlu elemanlar kalibrasyonunu yapmışlardır. Çalışmanın amacı, analitik

ve İşlemsel Modal Analizi kullanılarak Berke Kemer Barajı‟nın yapısal titreşim

karakteristiklerini belirlemektir. Bu nedenle çalışma analitik ve deneysel olmak üzere

iki kısımdan oluşmaktadır. Çalışmanın analitik bölümünde, yazarlar ANSYS

yazılımını kullanarak, Berke Kemer Barajı‟nın rezervuar-temel sisteminin bir 3D

sonlu elemanlar modelini geliştirmiştir ve analitik olarak doğal frekansları ve mod

şekilleri gibi titreşim karakteristiklerini tespit etmişlerdir. Çalışmanın deneysel

kısmında ise, hassas ivmeölçerler Berke Kemer Barajı'nın birkaç noktasına

yerleştirilmiş ve ortam titreşim testleri, dinamik karakteristiklerini elde etmek için

dört gün içinde yapılmıştır. Geliştirilmiş Frekans Ayrışma tekniği, deneysel olarak,

doğal frekansları, mod şekilleri ve Berke Kemer Barajı'nın sönümleme oranlarını

tahmin etmek için kullanılmıştır. Sonuçlar Barajın analitik ve deneysel doğal

frekansları arasında bazı farklılıklar olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, Berke Kemer

Barajı'nın analitik modeli, malzeme özelliklerini değiştirerek bu farklılıkları en aza

indirmek için kalibre edilmiştir. Kalibre edilen modelin elde edilen analiz sonuçları,

esas deneysel sonuçlarla uyum göstermiştir.

Akrami vd. (2014), yağışın, akış tahmininde ve su yönetiminde karmaşık ve etkili

hidrolojik süreçlerden biri olduğunu belirtmişlerdir. Yapay sinir ağları (YSA),

özellikle süreçlerin özelliklerinin, stokastik olduğu ve açık matematiksel modeller

kullanılarak tanımlanmasının zor olduğu durumlarda etkilidir. Bununla birlikte, YSA

algoritmalarına dayanan zaman serisi tahmini esasen zordur ve bazı başka sorunlar

ortaya çıkabilir Bu amaçla, hidroloji ve su kaynakları problemlerinde YSA için olası

bir alternatif olarak tanımlanan bir yöntem, uyarlanabilir neuro-bulanık çıkarım

sistemi (ANFIS)'dir. Bununla birlikte, izleme istasyonlarından ve deneyden elde

edilen veriler, sistematik ve sistematik olmayan hatalar nedeniyle gürültülü sinyalleri

yüzünden bozulabilir. Bu makalenin temel amacı, gürültünün yarattığı olumsuzluğu

azaltmak ve yağış tahmininin doğruluğunu artırmak amacıyla bir model

geliştirmektir. Bu nedenle dalgacık ayrıştırma yöntemi (WAVALET), ANFIS ve

YSA modelleri ile bağlantılı olarak önerilmektedir. Bu makalede, iki senaryo

11

kullanılmıştır; ilk senaryoda, aylık yağış miktarı yalnızca (t) ile (t-4) zaman aralığına

ait olan farklı zaman gecikmelerinde, YSA ve ANFIS'e girdi olarak, ikinci senaryo

ise hatayı ortadan kaldırmak için dalgacık dönüşümünü kullanarak ve alt -serileri

farklı zamanlarda girdi olarak YSA ve ANFIS'e aktarılmıştır. Önerilen modellerde,

performans korelasyon katsayısı, gamma katsayısı, spearman katsayısı gibi ktiterlere

göre belirlenmiştir. Sonuçlar, ANFIS ile birleşmiş WAVALET modelinin daha iyi

performans gösterebileceğini ortaya koymuştur.

Lee vd.( 2014), hidrolojik kayıt ve yapay sinir ağı (YSA) kullanarak, heyelan barajı

tasarımı için bir yaklaşım önermişlerdir. Tayvan'da, doğal barajlarda sıklıkla heyelan

meydana gelir ve özellikle dik dağlar, depremler, yoğun tayfun ve fırtına gibi olaylar

heyelan riskini arttırmaktadır. Nehir talveg hattındaki sediment hareketinin artması

sırasında, çok yoğun yaşanan hava koşulları, uzak konumlar ve bölgenin dağlık

arazisi nedeniyle gerçek zamanlı bilgi edinmek zor, hatta imkansız olabilir. Bu

sorunların bir sonucu olarak, sadece bu tip doğal barajlarda ortaya çıkan

olumsuzlukları tespit etmekle kalmayıp, barajın başarısızlığa uğraması olasılığını da

tahmin edebilen pratik bir araca ihtiyaç duyulmuştur. Uygun güvenlik önlemlerinin

alınabilmesi için, riskin hızlı bir ön değerlendirilmesi yapılmalı ve ardından olay

meydana geldiğinde arıza giderilmesi süreci ayrıntılı bir şekilde incelenmelidir. Bu

çalışmada, heyelan kaynaklı barajın oluşumunu ve baraj gölü su seviyesi

değişikliklerini gerçek zamanlı olarak değerlendirmek için, YSA modeli

geliştirilmiştir. Geliştirilen YSA modeli, Tayvan'ın Kaohsiung şehrinde bulunan Chi-

Shan Havzası için 2009 yılında, Morakot tayfunu için önerilmiştir.

Yenigün vd. (2014), barajlarda görülen hasar ve yetersizlikler incelendiğinde, baraj

tiplerine göre değişik yıkılma ve hasar sebepleri görüldüğünü ve dolayısıyla baraj

tiplerine göre alınması gereken önlem ve planlama kriterlerinin büyük önem arz

ettiğini belirtmişlerdir. Gerek yeni tasarımlarda, gerekse inşa ve işletme aşamasında

bulunan barajların genel bir güvenlik değerlendirmesine tabi tutulmaları, (mevcut

barajların risk unsuru olarak ele alınan parametreleri öncelikli olmak kaydıyla)

dinamik olarak izlenmeleri, (gerekirse) her aşamada revizyon ve önlemlerin devreye

alınması gerekliliği aynı derecede önemlidir. Bu çalışmada; barajlarla ilgili genel risk

ve güvenlik değerlendirmelerine yer verilerek, Türkiye de üzerinde çok durulan ve

ilk olarak kil çekirdekli kaya dolgu olarak tasarlanıp ardından ön yüzü beton kaplı

12

kaya dolgu (ÖYBK) baraj tipine dönüştürülen ILISU barajı örnekleminde, barajlarda

karşılaşılacak muhtemel problemler/riskler ele alınmış ve güvenlik kıstasıyla

değerlendirilmiştir. Dünyada yaşanan çeşitli baraj hasar ve yetersizliği örneklerinden

çıkarılan dersler çerçevesinde, boyut ve beklentiler itibariyle ülkemizin önemli

barajları arasında sayılan Ilısu Barajının, aks seçiminden gövde tipine, baraj

elemanlarının boyut ve işlevleri ile inşa aşamasındaki problemleri de içeren ve

revizyon ve/veya müdahale gerektiren/yapılan bazı uygulamaları örnek olarak

irdelenmiştir.

Athani vd.(2015), barajların çoğunlukla toprak ve kaya dolgu malzemeden imal

edildiklerini belirtmişlerdir. Toprak dolgu barajlar, kendi ağırlığı nedeniyle kayma ve

devrilmeyi önleyebilen basit yapılardır. Uygun kil malzemelerin, olmamasına bağlı

olarak, barajlar bazen merkezi geçirimsiz çekirdek ve çekirdeğin her iki tarafında iki

geçirgen kabuk da dahil olmak üzere üç dikey bölgeden oluşan bölünmüş çekirdek

olarak tasarlanır. Toprak dolgu barajlarda karşılaşılan sorunlar, hidrolik arıza, sızıntı

hatası, baraj gövdesi boyunca bulunan boru hattındaki sorunlar ve depremden

kaynaklı yapısal arıza ile ilişkilendirilir. Bir toprak dolgu barajın tasarımı ve inşası,

temel zeminin homojen olmaması ve mevcut inşaat malzemelerinin özelliklerinden

dolayı, jeoteknik mühendisliği alanında önemli zorluklardan birini oluşturmaktadır.

Bir homojen toprak dolgu barajında, başarısızlık riskini azaltmak için az eğimli bir

tasarım yapılmalıdır. Pratik sızma problemleri, doğal toprakların heterojenliği ve

değişen sınır koşullarından ötürü eşdeğer sayısal bir karşılığa kolayca

dönüştürülemez. Bu çalışma, kabul edilen toprak dolgu barajın sızıntı ve stabilite

analizlerinin sonuçlarını sonlu elemanlar yöntemi ile sunmaktadır. Sızma analizi iki

kategoriye ayrılmıştır; kararlı durum için yapılan analizler ve geçici analizler.

Parametrik duyarlılık analizine göre, hem sızıntı hem de stabilite çalışmalarının,

toprak dolgu barajının genel durumu üzerinde, dikkate alınmasının önemini ortaya

çıkarmıştır. Birleştirilmiş analizin, tüm sızıntı ve stabilite koşullarında, toprak dolgu

barajın tasarımı ve performans değerlendirmesi için bir ön şart olduğu sonucuna

varılmıştır. Çalışma, çekirdeğin ve kabuğun elastisite modülündeki artışın,

maksimum deplasmanının azalmasına yol açtığını ve içsel sürtünme açısının

değişiminin, genel stabilite ölçütlerinin yerine getirilmesinde önemli bir rol

oynadığını göstermiştir.

13

Kang vd.(2015), iklim değişikliğinin neden olduğu hidrolojik etkiler ve bunun

tahmininin, gündemdeki konular arasında yer aldığını belirtmişlerdir. Bununla

birlikte, havza modeli kalibrasyonundaki zorluklar ve veri geçiş prosedüründeki

belirsizlik yayılımı GCM (Genel Sirkülasyon Modeli) sürecinden havza modelleme

sürecine kadar olan zorluklar nedeniyle, son zamanlarda bir havza ölçeğinde hidro-

çevre araştırması dikkat çekmeye başlamıştır. Bu çalışmanın temel amacı, güvenilir

bir YSA tabanlı, GCM senaryosu ve bir havza modelini kullanarak hidro-çevresel

projeksiyon uygulaması yapmaktır. Bu raporda, Nakdong nehri havzasındaki

Namgang Barajı çalışma alanı olarak seçilmiştir. İklim değişikliğinden kaynaklanan

Namgang barajı havzasının zayıflığını incelemek için, iklim değişikliği nedeniyle

akarsu ve sediment akışındaki değişim, havza modeli de kullanılarak tahmin

edilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, etkili bir kontrol planı önermek ve entegre bir su

kaynakları yönetim sistemi geliştirmek için kullanılacaktır.

Hooshyaripor vd.(2015), barajın su seviyesi ve hacmi de dahil olmak üzere iki etkili

parametre kullanarak, dolgu barajlarından meydana gelen, en yüksek sızıntı

miktarının, tahmini için iki adet, YSA modeli sunmuşlardır. YSA'nın modelleme

aşamasındaki, optimal ağırlıkların ve sapmaların tahmini, aşağıdakileri içeren iki

farklı algoritma ile analiz edilmiştir: Lineer olmayan en küçük kareler problemlerini

çözmek için kullanılan standart bir teknik olan Levenberg-Marquardt (LM) ve

evrimsel hesaplama alanında yeni bir evrimsel algoritma olarak Yayılımcı

karşılaştırmalı algoritma (ICA). Elde edilen sonuçların regresyon analizine dayalı

yaklaşımla karşılaştırılması, ICA ile uyarlanmış YSA modelinin daha iyi bir

performans sergilediğini göstermiştir. Modellerin belirsizliği üzerinde yapılan

araştırmalar, LM tahminlerinin en düşük belirsizliğe sahip olduğunu, buna karşılık

ICA'ların en düşük ortalama tahmin hatasına sahip olduğunu göstermiştir. Modellerin

belirsizliği üzerine daha fazla analiz, Monte Carlo simülasyonu ile gerçekleştirilmiş

ve burada, rastgele oluşturulmuş 1000 girdili veri seti, tarihi baraj arızalarının veri

tabanından alınarak örneklendirilmiştir. P-faktörü, d-faktörü ve DDR içeren üç

istatistiksel önlemle analiz edilen 1000 YSA modelinin sonucu, LM tahminlerinin

daha sınırlı belirsizliğe sahip olduğunu göstermektedir.

Ehsani vd.(2016), barajların inşaatı ve baraj tarafından tutulmuş suyun, küresel

ölçekte nehir sistemlerinde uygulanan en yaygın mühendislik prosedürlerinden biri

olduğunu belirtmiştir. Ancak, insan-toprak etkileşimlerinin, bölgesel ve küresel

14

anlamda, rezervuar işleminin modellenmesi, çalışmalarında bir sorun teşkil ettiğini

önermişlerdir. Büyük ölçekli hidrolojik modellerde kullanıma uygun genel bir

rezervuar işletim şemasının geliştirilmesi, barajların geniş çaplı etkilerini anlamamızı

sağlamıştır. Bölgesel ve küresel ölçekli çalışmalarda, barajlardan çıkan kaynakları

daha doğru aktarmak için günlük hidrolojik yönlendirme modellerine eklenebilecek

yeni bir genel rezervuar işletme şeması olarak GROS geliştirilmiştir.

15

3. BARAJ GÖÇMELERİ

Barajların projelendirilmesinde, gerekli hidrolojik, meteorolojik, jeolojik, topografik,

teknik, mali ve diğer tüm verilerin doğru ve yeterli olarak elde edilmesi ve

analizlerinin yapılması büyük önem taşımaktadır. Dahası proje etütlerinin ve diğer

işletme alternatiflerinin gerektiği şekilde yapılması, tasarımdan işletmeye kadar

gerekli tüm adımları içeren kapsamlı bir çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır. Yapılacak

en ufak hatanın, ancak çok uzun süreli onarımlarla, geri dönüşünün sağlanması söz

konusudur. Değişik malzemelerden ve değişik amaçlı olarak yapılan barajlar büyük

boyutlu mühendislik yapıları olduğundan, bu yapıların güvenliği her aşamada önem

taşımaktadır.

Yerleşim alanlarına yakın inşa edilen ve büyük rezervuarlara sahip barajlar,

mansaptaki canlı yaşamı için büyük risk oluştururlar ve herhangi bir nedenle

göçmeleri durumunda büyük can ve mal kayıplarına neden olurlar. Yapılan birçok

araştırmaya rağmen, günümüz dünyasının modern teknolojisinde bile halen

çözümlenemeyen risklerle karşı karşıya kaldığımız da kaçınılamaz bir gerçektir.

Artan baraj sayısı, özellikle küçük barajlardaki tasarım-inşa ve işletmede görülen

eksiklikler, eski barajların günümüz şartlarını karşılayamaması, iklim değişikliği ve

benzeri diğer antropolojik nedenlerden kaynaklı su potansiyeli ve hidrolojik

parametrelerdeki değişimler ve benzerleri; inşaat maliyeti, süresi, işletme ömrü ve

faydaları açısından ciddi biçimde incelenmesi gereken olgulardır. Üstelik giderek

daha az yerde inşa edilmeye başlandığı için daha hassas bir duruma gelen barajların

güvenliği, tehlikeler karşısında gösterdikleri ve gösterecekleri güvenlik davranışları,

güven düzeyleri, risk seviyeleri ve doğru tasarımları büyük önem taşımaktadır.

Barajlarda görülen hasar ve yetersizlikleri analiz edildiğinde baraj tiplerine göre

değişik yıkılma ve hasar sebepleri görüldüğü ve dolayısıyla baraj tiplerine göre

alınması gereken önlem ve tasarım değerlendirmelerinin büyük önem arz ettiği

görülmektedir. Gerek yeni tasarımlarda ve gerekse inşa ve işletme aşamasında

bulunan barajların bu çerçevede genel bir güvenlik değerlendirmesine tabi

tutulmalarının, mevcut barajların risk unsuru olarak ele alınan parametreler öncelikli

olmak kaydıyla dinamik olarak izlenmesi gerekmektedir. Ayrıca her aşamada

16

revizyonun ve diğer önlemlerin devreye alınması gerekliliği de dikkat edilmesi

gereken en önemli unsurlar arasındadır (Yenigün ve Yüzgül 2013).

Dünya‟da bazı yetersizlikler nedeniyle, barajlar yıkılmakta ya da çökmektedir.

ICOLD(International Comission on Large Dam )tarafından belirlenen bazı büyük

baraj kazaları ve bu kazalarda hayatlarını kaybedenlerin sayısı Çizelge 3.1‟de

verilmiştir.

Çizelge 3.1. Baraj yıkılmaları (ICOLD)

Barajın Adı Ülkesi Kazanın Olduğu Yıl Ölenlerin Sayısı

Machhu II Hindistan 1979 2000+

Vaiont İtalya 1963 2600

Panshet-

Khadakwasl. Hindistan 1961 4000

Oros Brezilya 1960 1000

Kualo Lumpur Malaya 1961 600

Sempar Endonezya 1967 200

Babii Yar Rusya 1961 145

Frias Arjantin 1980 42+

Teton Amerika 1976 11

Tigra Hindistan 1963 5

Yukarıdaki tablodan da anlaşılacağı gibi, türlü sebeplerden yıkılan ya da çöken

barajlar ciddi can kayıplarına neden olmaktadır. Bu yaşanılan kazalardan sonra

Dünya‟da, yasalar çerçevesinde çeşitli önlemler alınmaya başlanmıştır. Önlemlerin

yanında, barajlarda oluşan bu yıkılma ve göçmelerin sebepleri araştırılmaya

başlanmıştır.

Baraj hasar ve yıkılmaları ile ilgili olarak yapılan araştırmalar değerlendirildiğinde,

hasar ve yıkılmalarda yaş-tip ve büyüklüğün etkisiyle ilgili olarak aşağıdaki bilgiler

verilebilir;

17

• Baraj Yaşı: Hasar ve yıkılmaların en az % 50‟si baraj işletmeye açıldıktan sonraki

ilk beş yıl içinde meydana gelmiştir. Dolayısıyla barajların yaşlılığının yıkılmada

öncelikli faktör olma özelliği ortadan kalkmaktadır. Genel olarak, 1940‟tan sonra

inşa edilen barajlarda yıkılma olasılığı, daha eski barajlara göre azalma göstermiştir.

Sadece 1971-1980 yılları arasında yıkılma olasılıklarında bir artış göze çarpmıştır.

Bunun nedeni de bu periyotta ABD‟de çok sayıda baraj kazası ve yıkılmasının

yaşanmasıdır.

• Baraj Tipi: Kaya dolgu ve payandalı barajlarda yıkılma ve kaza olasılığı, diğer

tiplerden daha fazladır. Öte yandan beton barajlardaki yıkılma olasılığı diğer tip

barajların yıkılma olasılığı ile hemen hemen aynıdır.

• Baraj Büyüklüğü: 15 m‟den alçak barajların yıkılma olasılıkları 50 m‟den daha

yüksek barajlarınkinden çok daha yüksektir. Bunun sebebi olarak daha büyük

barajlarda; tasarım, inşaat, yönetim ve işletme alanlarında daha çok dikkat

gösterilmesi gerektiği söylenebilir. Öte yandan yıkılma ve kaza risklerinin farklı

yükseklikteki barajlarda benzer olasılıklara sahip olması, baraj yüksekliğinin yıkılma

veya kaza risklerinde pek belirleyici olmadığını göstermektedir.

ICOLD hazırladığı bir raporda, 15 m‟den yüksek barajlarda, 1900-1975 yılları

arasında oluşan yapısal hasarlarla ilgili olarak,

• Beton barajlardaki hasarların; % 29‟u baraj üzerinden su aşması, % 53‟ü temel

problemleri, % 18‟i diğer nedenler,

• Dolgu barajlardaki hasarların; % 35‟i baraj üzerinden su aşması, % 21‟i temel

problemleri,% 38‟i sızıntı ve borulanma, % 6‟sı diğer nedenler,

• Bütün tipteki baraj hasarlarının; % 34‟ü baraj üzerinden su aşması, % 30‟u temel

problemleri, % 28‟i sızıntı ve borulanma, % 8‟i diğer nedenler ile oluştuğu

gözlenmiştir.

Ağıralioğlu (2011)‟nun verdiği bazı önemli büyük baraj yıkılmalarını veren tabloya

bakıldığında;

18

• Temel bozukluğu nedeniyle; Puentas Barajı [İspanya-1802], Malpasset Barajı

[Fransa- 1959],

• Yapı kusuru nedeniyle Saint Francis Barajı [ABD-1929], Vega De Tera Barajı

[İspanya-1959],

• Yapı kusuru ve üstten aşma nedeniyle; Panshet Barajı [Hindistan-1961],

Nanaksagar Barajı [Hindistan- 1967],

• Yapı kusuru ve borulanma nedeniyle; Teton Barajı [ABD-1976],

• Borulanma nedeniyle; Gouhou Barajı [Çin-1993],

• Üstten aşma nedeniyle Southfork Barajı [ABD-1889], Oros Barajı [Brezilya-1960],

Bab-ı Yar Barajı [Ukrayna- 1961], Vajont Barajı [İtalya-1963], Machu II Barajı

[Hindistan-1979], Belci Barajı [Romanya-1991], Tirlyan Barajı [Rusya-1994],

• Diğer nedenlerle Hyokiri Barajı [Kore-1961], Quebrada la Chapa Barajı

[Kolombiya-1963], Pado Barajı [Arjantin-1970] yıkılmaları sebebiyle önemli ölçüde

maddi kayıplar meydana gelmiş ve 11437 kişi hayatını kaybetmiştir.

Yakın zamanlı baraj hasar ve yıkılmalarına örnek olarak KaLoko Barajı [Hawai-

2006], Zipingpu Barajı [Çin-2008], Lake Delhi Barajı [Iowa, ABD-2010] ve

Gökdere-Köprü Barajı [Türkiye-2012] verilebilir (Yenigün ve Yüzgül 2013).

19

4. BARAJLARA AİT JEOLOJİK PROBLEMLER

Baraj planlama çalışmaları sırasında, akarsu vadisinde baraj yapımına uygun yerler

belirlenir. Daha sonra baraj yeri seçenekleri ayrıntılı olarak incelenir, üstün ve

sakıncalı yönleri karşılaştırılarak en uygun baraj yeri belirlenir.

Baraj yerinin seçimindeki etkenlerin başında vadi şekli gelmektedir. Bir vadinin

şekillenmesi, vadinin içerisinde açıldığı jeolojik birimlerin özelliklerine, vadinin

yüksekliğine, akarsu akış sistemine, vadi oluş evresinin hangi aşamasında olduğuna

göre değişir. Vadi şekli ve genişliğine göre bazı baraj tipleri hiç düşünülmez. Aynı

zamanda baraj yerinin tespitinde, temel zemini ve jeolojik yapısı da önemlidir.

Zeminin kaya, silt ya da çakıl olması o bölgeye yapılacak baraj tipinin

belirlenmesinde önemli bir etkendir. Zemin ve bölgenin jeolojik yapısının iyi bir

şekilde irdelenip, belirlenmesi ileride meydana gelecek kazaların da en aza

indirgenmesine sebep olacaktır. Geçmişe bakılıp baraj kazaları incelendiğinde, bu

kazaların büyük çoğunluğunun temel kaynaklı olduğu tespit edilmiştir. Aşağıda bu

yetersizliklerle ilgili yüzdeler Çizelge 4.1‟de verilmiştir (Uzel,1991).

Çizelge 4.1. Baraj kazalarındaki yetersizlikler (Uzel,1991)

Yetersizliğin Nedeni Yetersizliğin Yüzdesi

Temel yetersizliği 40

Yetersiz dolu savak 23

Zayıf konstrüksiyon 12

Düzensiz oturma 10

Yüksek boşluk basıncı 5

Sedde kaymaları 2

Kusurlu malzemeler 2

Doğru olmayan işlem 2

Depremler 1

Savaşın etkileri 3

20

4.1.Temel Problemleri

Temel yetersizlikleri, barajın tamamen çatlamasına yol açabilir. Oysa diğer

yetersizliklerde ve problemlerde, yapının deformabilitesi veya kendine özgü

dayanıklılığı, barajın tamamen yıkılmasını önleyebilir.

Temel çöküşleri, temelin doğal yapısıyla veya onun yapımı sırasındaki tehlike ile

ilgilidir. Diferansiyel oturma, kayma, yüksek piyezometrik basınçlar ve kontrol

edilemeyen sızıntı, temel sıkıntısının alışılagelmiş olaylarıdır. Barajda meydana

gelen çatlaklar, bağıl olarak küçük olsalar da temelde bir problemin varlığına işaret

ediyor olabilir.

Barajın çevresi ve rezervuar alanında yapılacak jeolojik araştırmalar, aşağıda

belirtilen olgulardan kaynaklanan tehlikeler olup olmadığı, öyle ise nedenini ve

gelişmesini içermelidir:

Arazi kaymaları,

Çökme,

Toprağın genleşmesi,

Sismisite veya fay hareketi,

Eriyen temel kayası,

Temel mağaraları ve kanalları,

Özel kaya basınçları,

Yüksek derecede geçirgenlik,

Aşınabilen kaya,

Açık kırıklar,

Düşük taşıma kapasitesi,

Zayıf makaslama direnci.

Bir kayanın, barajın temeli olarak kabul edilebilmesi için bunun, baraj ve rezervuarın

süperpoze kuvvetlerinin etkisi altında hasarsız kalacak kadar dayanıklı olması

gerekir. Kayanın kırılma kuvveti, mineral bütünlüğü, porozitesi ile çatlama ve

ufalanmaya karşı direncine bağlıdır.

21

Kaya birleşimi, yapının niteliğini belirten bir göstergedir. Killi siltler, silt kayaları ve

tüfler gibi ince daneli kayalar, su gibi birleştirici etkisi olan maddeleri hemen alıp

depolayamadıkları için kuvvetli değildirler. Bunlardan bazısı tamamen yüksek

derecede kompakt olabilir ve stabil bir çevrede yeterli olmasına rağmen ıslanma ve

kuruma olgusuna maruz kaldığı zaman ayrılabilir. Bir barajın temelinde bulunan

böyle bir kaya, bozulmayı en aza indirgemek için açığa çıktıktan hemen sonra

kaplanmalıdır.

Hızlı sızıntıya neden olan ince daneli sedimantasyon kayalarının direnci, onları

yüksek boşluk basıncına maruz bırakır. İri daneli sedimantasyon kayaları ise

genellikle daha kuvvetli bir şekilde birleşir.

Kaya parçalarının kohezyonu, birleştirici maddelerin niteliğine göre değişiklik

gösterir. Silis, kalsiyum, karbonat ve demir oksit erimez ve dayanıklıdır. Fakat kil ve

alçı taşı aynı özellikte değildir. Kayanın kuvveti sadece birleştirmeye göre değil aynı

zamanda onun iriliğine, şekline ve parçaların yoğunluğuna bağlıdır.

Bir baraj bölgesindeki daha tehlikeli malzemeler arasında kayan faylar ve kırıklar

vardır. Bunlar fiziksel değişimlere neden olabildiği için özel bir önem taşırlar. Fay

bölgesi, çok kırılmış ve parçalanmış olabilir. Böyle bir durum, rezervuarın ağır

yükünü karşılamaya elverişli değildir. Fayın yumuşak dokusu, sıkıştırmaya veya

patlamaya karşı hassas olabilir. Ayrıca bir fay kırığı da, kırıklar için yapılan

geçirimsizlik enjeksiyonuna engel olabilir. Faylanma, sadece kayanın birleşme

durumunu değil aynı zamanda temel bloklarının yerlerini de değiştirir. Bu hareket,

sert bir kayayı yumuşak bir kayanın üstüne oturtabilir veya elek gibi gözenekli ve

zayıf bir kayaya yaslayabilir. Bu da geri dönüşü olmayan sonuçlar doğurur.

Bir baraj alanındaki veya çevresindeki büyük faylar, gelecekteki muhtemel

hareketlerini belirlemek üzere iyice incelenmelidir. Aktif faylar üzerine inşa edilen

barajlar, kayma gibi olaylar süresince ayrılma baskısı altındadır. İncelenen bir

barajda son zamanlarda oluşan bir jeolojik hareketin açığa çıkması, genellikle

bölgenin terkedilmesi için yeterli bir sebeptir. Başka bir seçenek olmayan

durumlarda inşa edilen barajlar vardır. Fakat bu gibi durumlarda, deplasmanın

22

tamamlanmasına ve kütlenin yerleşmesine izin verecek şekilde tasarım yapılmalıdır

(Uzel,1991).

Bütün bu yukarıda bahsedilen konuların yanında, baraj bölgesindeki bir kayanın

erozyona karşı direnci o kayanın uygunluğunu test etmek adına etkili bir yöntemdir.

Bu daha ziyade, kayanın doğal kuvvetinden çok akıntı yatağı açma ve bağlanma

karakteristiklerine bağlıdır. Potansiyel kırılma düzlemlerinin yakın olarak yerleştiği

yerde, su kuvveti altındaki birleşmeye karşı duyarlılık yüksek olabilir. Prizler ve dolu

savakların boşalacağı alanlarda, böyle zayıflıklara daha çok özen gösterilmelidir.

Yukarıda belirtilen olası temel problemlerinden kaynaklı tehditler göz önüne

alındığında, baraj yapılacak olan bölgenin jeolojik geçmişi incelenip, temel

durumuna bağlı olarak bir planlama yapılması gerekmektedir. Baraj inşa edilecek

alanın temel özellikleri, depremselliği (fay kırıkları), malzeme yapısı iyice

incelendikten sonra o alana en uygun olacak baraj tipi seçilmelidir. Baraj tipinin

seçilmesi, ileride doğacak büyük sorunlar göz önüne alındığında çok önemli bir

etkendir.

23

5. BARAJ TASARIMI

İlk bölümde de belirtildiği gibi barajlar çok çeşitli amaçlarla inşa edilen su

yapılarıdır. Her bölgenin yapısına; coğrafi, ekonomik ve sosyal şartlarına göre tek ya

da çok amaçlı barajlar yapılmaktadır. Bazı ülkeler, yalnız içme suyu ya da yalnız

enerji üretimi için baraj yaparken; diğer bazı gelişmekte olan ülkeler iki ya da çok

amaçlı barajlar inşa etmektedir. Bir amaca yönelik hizmet eden barajlar tek amaçlı,

iki veya daha çok amaca yönelik hizmet eden barajlar ise çok amaçlı olarak ifade

edilir. Türkiye‟de ise inşa edilen barajların çoğu iki veya daha çok amaçlıdır (Yücel

vd., 2013).

5.1. Barajların Kısımları

Barajlar baraj gövdesi, baraj gölü, sulama yapısı, dip savak, dolu savak, derivasyon

tesisleri gibi birçok bölümden oluşur.

5.1.1. Baraj gövdesi

Bütün vadiyi kapatarak yapay bir göl oluşmasını sağlar. Genellikle beton veya dolgu

malzemesinden inşa edilen sabit bir yapıdır.

5.1.2. Baraj gölü

Baraj gövdesinin arkasında suyun depolandığı vadi kısmıdır. Baraj gölü, ölü hacim,

faydalı hazne hacmi ve taşkın koruma hacminden oluşur.

5.1.3. Su alma yapısı

Baraj gölünde toplanan suyun alınmasını sağlayan yapıdır.

5.1.4. Dip savak

Gerektiğinde baraj gölünü tamamen boşaltmak, dolu savak debisini azaltmak, akarsu

mansabına bırakılması gerekli miktarda suyu vermek için kullanılan tesistir.

24

5.1.5. Dolu savak

Taşkın sularının mansaba aktarılarak yapının emniyetini sağlayan tesistir.

5.1.6. Derivasyon tesisleri

Bir derivasyon sistemi baraj inşaatının kuru bir ortamda yapılmasını sağlar. Suyun

inşaat alanına girmesini önleyen batardolardan ve suyun mansaba aktarılmasını

sağlayan açık veya kapalı iletim tesislerinden oluşur.

Büro, atölye, labratuar, lojman, ambar, garaj, park yerleri gibi barajın özellik ve

büyüklüğüne bağlı olarak ihtiyaçlara cevap verecek şekilde boyutlandırılmış yapılar.

5.1.7. Diğer tesisler

Barajın hizmet ettiği amaca uygun olarak enerji santralleri, içme suyu arıtma

tesisleri, balık geçidi, tomruk geçidi gibi yapılar öngörülür.

5.2. Baraj Yerinin Seçimi

Baraj planlama çalışmaları esnasında akarsu vadisinde baraj yapımına uygun yerler

belirlenir. Daha sonra baraj yeri alternatifleri ayrıntılı olarak incelenir, üstün ve

sakıncalı yönleri karşılaştırılarak en uygun baraj yeri belirlenir.

5.2.1.Baraj yerinin özellikleri

Baraj yerinin topoğrafyası, temelin ve yamaçların jeolojik yapısı, taşıma gücü,

muhtemel faylar, çatlaklar, alüviyon kalınlığı, dolu savak yeri ve kapasitesi,

derivasyon şartları, ulaşım durumu, baraj inşaatında kullanılacak malzemenin baraj

yerine uzaklığı, yapının doğa ile uyumu gibi hususlar incelenir.

5.2.2.Göl bölgesinin özellikleri

Göl bölgesinin topoğrafyası ve jeolojik yapısı, kayaların cinsi, kalınlığı ve

geçirimsizliği, göl bölgesinin su tutma gibi özellikleri, göl yamaçlarının stabilitesi ve

heyelan durumu incelenir.

25

5.2.3.Yağış havzasının hidrolik ve hidrolojik özellikleri

Yağış havzasının hidrolik, hidrolojik, meteorolojik, morfolojik özellikleri

incelenmelidir. Bu çerçevede yağış akış ilişkilerine bağlı olarak, akarsuyun malzeme

taşıma miktarı, sediment birikimi, sızma, buharlaşma, akarsu drenaj sistemi ve bitki

örtüsü incelenir.

5.2.4. İskan, istimlak ve yenileme ile ilgili maliyetler

Baraj gölü nedeni ile bölgede su altında kalacak yerleşim yerleri, endüstriyel tesisler,

tarım arazileri, ulaşım yolları gibi tesislerin iskan, istimlak ve yenileme olanakları

incelenir.

5.2.5. Çevre etkisi

Baraj nedeni ile bölge ikliminde ve canlı yaşamı dengelerinde oluşacak etkiler, tarım

için yeraltı suyu dengesinin korunması (tuzlanma), tarihi yerlerin su altında kalması,

bölgenin doğal yapısının bozulmasının sosyal yaşam üzerindeki etkileri incelenir.

5.3. Baraj Yapma Amaçları

Bir baraj aşağıdaki amaçlardan biri veya birkaçına hizmet etmek için yapılır.

5.3.1. Şehirlerin içme ve kullanma suyu ihtiyacı

Artan nüfus ve refah seviyesinin yükselmesi ile birlikte yerleşim yerlerinin içme ve

kullanma suyu talepleri de artmaktadır.

5.3.2. Sanayi su temini

Sanayi üretim için mutlaka suya ihtiyaç duyar. Dolayısıyla sanayinin su talebi de

büyük ölçüde baraj ve göletlerden temin edilmektedir.

26

5.3.3. Sulama suyu

Ülkemizde günümüz itibariyle teknik ve ekonomik olarak sulanabilen 8,5 milyon ha

(hektar) arazi mevcuttur. Sulu ziraat yapılması halinde susuz ziraata nazaran 5 ila 14

misli bir gelir artışı olmaktadır. Ayrıca ürün çeşitliliği de artmaktadır. Susuz tarımla

arpa-buğday ekilen arazilere pamuk, patates, mısır gibi ürünler de

yetiştirilebilmektedir. Sulama suyu genellikle akarsular üzerine inşa edilen baraj ve

göletlerden sağlanmaktadır.

5.3.4. Hidroelektrik enerji üretimi

Su kaynaklarından ekonomik olarak istifade edilmesi açısından Hidroelektrik Enerji

Üretiminin rolü çok büyüktür. Zira hidroelektrik enerji, ülke kaynaklarının

kullanılması ile üretildiği için, dışa bağımlı değildir. Bir ülkenin elektrik enerjisi

tüketimi o ülkenin kalkınmışlığının bir göstergesidir. Ülkemizin 2005 yılında kişi

başına yıllık elektrik enerjisi sarfiyatı 2 100 kWh iken, gelişmiş ülkelerde 9 000

kWh, ABD ve Kanada gibi ülkelerde ise 12 000 kWh‟dır. Ülkemizde 2005 yılı

sonunda 160,332 milyar kWh elektrik tüketilmiştir. Elektrik sarfiyatı yılda % 6 ila %

8 arasında bir artış göstermektedir. Yani yılda % 7 civarında bir artış söz konusudur.

Buna göre 2010 yılında 225 milyar kWh, 2020 yılında ise 440 milyar kWh civarında

bir ihtiyaç olacağı tahmin edilmektedir. Günümüz itibariyle Türkiye‟de 137 adet

hidroelektrik santral işletmededir. 137 santral 12 846 MW „lik bir kurulu güce ve 45

milyar kWh yıllık ortalama üretim kapasitesine sahiptir. Bu durumda ekonomik

potansiyelimizin % 35‟i, teknik potansiyelin ise % 21‟i kullanılabilmektedir. ABD,

Kanada hatta Norveç gibi ülkelerde bu oran % 80‟lere ulaşmıştır.

5.3.5. Su ürünlerinin üretimi

İnşa edilen barajların göllerinde balıkçılık yapılmak suretiyle önemli ölçüde gelir

sağlanır. DSİ‟nin; İzmir (Ürkmez), Adana (Seyhan), Elazığ (Keban), Şanlıurfa

(Atatürk Barajı), Bolu (Gölköy), Amasya (Yedikır), Edirne (İpsala), Sivas

(Çamlıgöze) olmak üzere 8 adet su ürünleri üretim tesisinde yılda 28 milyon adet

yavru balık üretilerek barajlara bırakılmaktadır.

27

5.3.6. Mesirelik kullanım

Barajlar inşa edildikleri bölgeye hayat vermektedir. Baraj civarlarında teşkil edilen

rekreasyon sahaları, yeşil alanlar, orman alanları civarda yaşayan insanların mesirelik

olarak kullanabilecekleri dinlenme yerleridir.

5.4. Barajların Çevre Etkileri

Bir akarsu vadisinde yapılan baraj bölgenin ve çevrenin bazı özelliklerinde önemli

değişmelere sebep olabilir. Bu etkilerin en önemlileri şunlardır:

1. Ekonomi ve sosyal yaşam üzerindeki etkisi

2. Bölge ekolojisi üzerindeki etkiler

3. Bölgenin iklimine etkisi ve bitki örtüsüne etkisi

4. Gaz emisyonları ile sera etkisi

5. Balıkçılığa etkisi

6. Memba ve mansap bölgesindeki yeraltı sularına etkisi

7. Akarsu ulaşımına etkisi

8. Mansap kesimindeki yatay oyulmalarına ve akış rejimine etkisi

9. Rekreasyon ve turistik aktivitelere etkisi

5.5. Barajların Sınıflandırılması

Barajlar büyüklüklerine, yapılış amaçlarına ve gövde dolgu malzemelerine göre üçe

ayrılırlar.

5.5.1. Büyüklüklerine göre sınıflandırma

ICOLD‟a göre büyük baraj tanımı için aşağıdaki şartlar verilmektedir:

- Kreti ile temeli arasındaki yükseklik 15 m‟den fazla olan barajlar ile

- yüksekliği 10-15 m arasında olan fakat buna ek olarak,

- kret uzunluğu > 500m

- hazne hacmi > 1.106

- en büyük taşkın debisi > 1000 /sn

olma özelliklerinden en az birisini taşıyan barajlar büyük baraj olarak isimlendirilir.

28

Gölet (küçük baraj): Büyük baraj tanımının dışında kalan, projesi daha basit ve çabuk

sonuç alınan yapılardır.

Yüksek baraj: Yüksekliği 50 m‟den fazla olan barajlara denir.

5.5.2. Yapılış amaçlarına göre sınıflandırma

Bir baraj tek veya çok amaçlı olarak planlanır. Tek amaçlı barajlar içme suyu temini,

endüstri suyu temini, sulama, hidroelektrik enerji, taşkın kontrolü vb. için yapılırlar.

Bunların birkaçını birlikte temin eden baraja çok amaçlı baraj denir.

5.5.3. Gövde dolgu malzemesi ve gövde biçimine göre sınıflandırma

a. Dolgu barajlar: Toprak dolgu, kaya dolgu, önyüzü betonarme kaplı kaya dolgu

barajlar.

b. Beton barajlar: Beton ağırlık, payandalı, beton kemer ve silindirle sıkıştırılmış

beton barajlar.

29

6. BARAJ TİPİNİN SEÇİMİ

Bir baraj yerinde genellikle birden fazla baraj tipinin yapımı söz konusudur. Bu

nedenle baraj yerine ve yapılış amacına uygun ve en ekonomik olan baraj tipinin

belirlenmesi için birçok faktörün incelenmesi gerekmektedir. Bu faktörlerin

başlıcaları şunlardır:

6.1. Baraj Yerinin Topoğrafik Durumu

Baraj yerinin topoğrafyası, baraj tipinin seçiminde dikkate alınan ilk kıstastır. Dar

vadiler; kemer ve ağırlık barajların projelendirilmesinde elverişlidir. Ağırlık

barajların vadi genişledikçe ve tabanda alüvyon kalınlığı arttıkça ekonomisi azalır ve

durum dolgu gövde lehine gelişir. Payandalı (boşluklu) beton barajlar daha geniş

vadilerde ekonomik olabilir. Derin bir vadi ile üst kotlarda yatık yamaç

birleşimlerinde karma tipte baraj gövdeleri projelendirilebilir. Beton barajlar

genellikle geniş vadilerde ekonomik değildir. Az dalgalı araziler ve geniş vadiler:

dolgu baraj için uygundur. Derin ve dar vadiler için; özellikle dolu savağın

yerleştirileceği uygun bir boyun oluşmadığı durumda, eğer vadinin yamaçları

sağlamsa kemer baraj, aksi durumda beton baraj düşünülür. Çünkü bunların dolu

savakları gövdelerin üzerine yerleştirilebilir (Berkün, 2005).

6.2. Temel Zemini ve Jeolojik Yapı

Baraj yerinin jeolojisi baraj türü üzerinde etki eden etkenlerden en önemlisidir. Baraj

yerindeki temel durumu her baraj türü için uygun değildir. Tabiatta çok çeşitli temel

türüne rastlamakla birlikte, genel olarak temeller dört grupta toplanabilir:

a. Sağlam kaya temeller: Bunlar taşıma güçleri yüksek, homojen ve genel olarak

geçirimsizdirler. Her tür baraj için uygundurlar. Bu tür temellerde, ayrışmış olan

yüzey kayasının sıyrılması ve çatlakların enjeksiyonla tıkanması gerekir.

b. Çakıl temeller: Bu temellerde, taşıma gücü oldukça iyi, oturma miktarları ihmal

edilebilir mertebede, fakat geçirimlilik yüksektir. Bunlar genel olarak kemer ve

payandalı barajlar için elverişli değildir. İyi sıkışmış durumda iseler, toprak dolgu,

kaya dolgu ve alçak beton ağırlık barajı için uygundurlar. Fazla miktarda su

30

sızdırabilecekleri için, bunlarda bir takım sızdırmayı azaltıcı tedbirlerin alınması

gerekir.

c. Silt veya ince kum temeller: Taşıma güçleri az, oturma miktarları çok ve

geçirimlilikleri çok olan bu temellerde erozyon (aşınma) meydana gelebilir. Bu

bakımdan alçak beton ve toprak dolgu barajlar için elverişli temellerdir. Temel

oturmaları, aşırı sızma kaybı ve mansap eteğinin oyulması bunların önemli

problemlerdir.

d. Kil temeller: Bunların taşıma gücü çok az, konsolidasyondan dolayı oturma

miktarları çok yüksek ve geçirimlilikleri azdır. Bu yüzden ancak alçak toprak dolgu

barajlar için tavsiye edilirler. Böyle temeller özel projeler ve tecrübeli mühendisler

gerektirir (Ağıralioğlu, 2004).

6.3. Baraj İnşaat�